SOLAR CELL ENERGI TERBARUKAN YANG RAMAH LINGKUNGAN
Sebuah sel surya (sel photovoltaic) adalah
sebuah peralatan semikonduktor yang dapat mengkonversi energi foton menjadi
energi listrik. Sel surya atau juga sering disebut fotovoltaik adalah
divais yang mampu mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik. Sel
surya bisa disebut sebagai pemeran utama untuk memaksimalkan potensi sangat
besar energi cahaya matahari yang sampai kebumi, walaupun selain dipergunakan
untuk menghasilkan listrik, energi dari matahari juga bisa dimaksimalkan energi
panasnya melalui sistem solar thermal.
Sel surya
dapat dianalogikan sebagai divais dengan dua terminal atau sambungan, dimana
saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda, dan
saat disinari dengan cahaya matahari dapat menghasilkan tegangan. Ketika
disinari, umumnya satu sel surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5
sampai 1 volt, dan arus short-circuit dalam skala milliampere per cm2.
Besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai aplikasi, sehingga
umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya. Satu
modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan
tegangan dc sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar . Modul surya
tersebut bisa digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar total
tegangan dan arus outputnya sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi
tertentu.
Tenaga
listrik dari cahaya matahari pertama kali ditemukan oleh Alexandre –
Edmund Becquerel seorang ahli fisika Perancis pada tahun 1839. Temuannya ini
merupakan cikal bakal teknologi solar cell. Percobaannya dilakukan dengan
menyinari 2 elektrode dengan berbagai macam cahaya. Elektrode tersebut di balut
(coated) dengan bahan yang sensitif terhadap cahaya, yaitu AgCl dan AgBr dan
dilakukan pada kotak hitam yang dikelilingi dengan campuran asam. Dalam
percobaanya ternyata tenaga listrik meningkat manakala
intensitascahaya meningkat. Selanjutnya penelitian dari Bacquerel
dilanjutkan oleh peneliti-peneliti lain. Tahun 1873 seorang insinyur Inggris
Willoughby Smith menemukan Selenium sebagai suatu elemen photo conductivity.
Kemudian tahun 1876, William Grylls dan Richard Evans Day membuktikan bahwa
Selenium menghasilkan arus listrik apabila disinari dengan cahaya matahari.
Hasil penemuan mereka menyatakan bahwa Selenium dapat mengubah tenaga matahari
secara langsung menjadi listrik tanpa ada bagian bergerak atau panas. Sehingga
disimpulkan bahwa solar cell sangat tidak efisien dan tidak dapat digunakan
untuk menggerakkan peralatan listrik.
Tahun 1894 Charles Fritts membuat Solar Cell pertama yang sesungguhnya yaitu suatu bahan semi conductor (selenium) dibalut dengan lapisan tipis emas. Tingkat efisiensi yang dicapai baru 1% sehingga belum juga dapat dipakai sebagai sumber energi, namun kemudian dipakai sebagai sensor cahaya. Tahun 1905 Albert Einstein mempublikasikan tulisannya mengenai photoelectric effect. Tulisannya ini mengungkapkan bahwa cahaya terdiri dari paket-paket atau “quanta of energi” yang sekarang ini lazim disebut “photon.” Teorinya ini sangat sederhana tetapi revolusioner. Kemudian tahun 1916 pendapat Einstein mengenai photoelectric effect dibuktikan oleh percobaan Robert Andrew Millikan seorang ahli fisika berkebangsaan Amerika dan ia mendapatkan Nobel Prize untuk karya photoelectric effect. Tahun 1923 Albert Einstein akhirnya juga mendapatkan Nobel Prize untuk teorinya yang menerangkan photoelectric effect yang dipublikasikan 18 tahun sebelumnya.
Hingga tahun 1980 an efisiensi dari hasil penelitian terhadap solar cell masih sangat rendah sehingga belum dapat digunakan sebagai sumber daya listrik. Tahun 1982, Hans Tholstrup seorang Australia mengendarai mobil bertenaga surya pertama untuk jarak 4000 km dalam waktu 20 hari dengan kecepatan maksimum 72 km/jam. Tahun 1985 University of South Wales Australia memecahkan rekor efisiensi solar cell mencapai 20% dibawah kondisi satu cahaya matahari. Tahun 2007 University of Delaware berhasil menemukan solar cell technology yang efisiensinya mencapai 42.8% Hal ini merupakan rekor terbaru untuk “thin film photovoltaicsolar cell.” Perkembangan dalam riset solar cell telah mendorong komersialisasi dan produksi solar cell untuk penggunaannya sebagai sumber daya listrik.
Tahun 1894 Charles Fritts membuat Solar Cell pertama yang sesungguhnya yaitu suatu bahan semi conductor (selenium) dibalut dengan lapisan tipis emas. Tingkat efisiensi yang dicapai baru 1% sehingga belum juga dapat dipakai sebagai sumber energi, namun kemudian dipakai sebagai sensor cahaya. Tahun 1905 Albert Einstein mempublikasikan tulisannya mengenai photoelectric effect. Tulisannya ini mengungkapkan bahwa cahaya terdiri dari paket-paket atau “quanta of energi” yang sekarang ini lazim disebut “photon.” Teorinya ini sangat sederhana tetapi revolusioner. Kemudian tahun 1916 pendapat Einstein mengenai photoelectric effect dibuktikan oleh percobaan Robert Andrew Millikan seorang ahli fisika berkebangsaan Amerika dan ia mendapatkan Nobel Prize untuk karya photoelectric effect. Tahun 1923 Albert Einstein akhirnya juga mendapatkan Nobel Prize untuk teorinya yang menerangkan photoelectric effect yang dipublikasikan 18 tahun sebelumnya.
Hingga tahun 1980 an efisiensi dari hasil penelitian terhadap solar cell masih sangat rendah sehingga belum dapat digunakan sebagai sumber daya listrik. Tahun 1982, Hans Tholstrup seorang Australia mengendarai mobil bertenaga surya pertama untuk jarak 4000 km dalam waktu 20 hari dengan kecepatan maksimum 72 km/jam. Tahun 1985 University of South Wales Australia memecahkan rekor efisiensi solar cell mencapai 20% dibawah kondisi satu cahaya matahari. Tahun 2007 University of Delaware berhasil menemukan solar cell technology yang efisiensinya mencapai 42.8% Hal ini merupakan rekor terbaru untuk “thin film photovoltaicsolar cell.” Perkembangan dalam riset solar cell telah mendorong komersialisasi dan produksi solar cell untuk penggunaannya sebagai sumber daya listrik.
Sel surya
konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction antara
semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan
atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor
tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif) sedangkan
semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif) dalam struktur
atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan
mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan
material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk
mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor.
Ilustrasi dibawah menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Peran dari
p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan
hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika
semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan
bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif
pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada
semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini maka
terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari mengenai susuna
p-n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju
kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya
hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang.
MANFAAT
DAN KEUNGGULAN SOLAR CELL
-
Sumber energi yang ramah lingkungan
-
Sumber nenergi yang terbarukan
-
Umur panel surya panjang 20-25 tahun
-
Sangat cocok untuk wilayan di Indonesia
yang tropis
-
Dapat diterapkan secara sentralisasi
(PLTS ditetapkan di suatu area dan listrik yang dihasilkan disalurkan melalui
jaringan distribusi ketempat-tempat yang membutuhkan) maupun desentralisasi
(setiap system berdiri sendiri/individual, tidak memerlukan jaringan
distribusi);
-
Dapat
dioperasikan secara otomatis maupun menggunakan operasi;
-
Tanpa
suara dan tidak menimbulkan operasi lingkungan.
-
Bersifat moduler. Kapasitas listrik yang
dihasilkan dapat disesuaikan dengan cara merangkai modul secara seri dan
parallel
KEKURANGAN
SOLAR CELL
-
Kekurangan solar cell dibandingkan
sumber listrik lain yaitu hingga kini tingkat efisiensi konversi energinya
masih terbilang kecil dan harganya pun masih relatif mahal
-
Tidak efisien bila dikembangkan di
daerah yang berpolusi. Polusi juga menjadi faktor yang menghambat
pengembangan teknologi ini, karena dapat mengurangi intensitas cahaya yang
dapat diterima oleh panel/cell surya. Jadi dengan kata lain energi yang
dihasilkan relatif kecil.
-
Biaya perawatan mahal
SUMBER
